Labb · cirka 3 timmar · Ellära nivå 1 (ELLA)

Labb 1 – Likström och mätteknik

Ohms lag, serie- och parallellkoppling, Kirchhoffs lagar, multimeterns lägen, diod och lysdiod samt felsökning – på klenspänning 12 V.

Syfte och koppling till ämnesplanen

Eleven utför och tolkar mätningar i likströmskretsar med riktiga instrument och jämför med beräknade värden. Labben ger underlag för betygskriterierna om att utföra mätningar på ett säkert sätt, utföra beräkningar och kunskaper om grundläggande komponenter.

Centralt innehåll (ELLA nivå 1)Moment
Elektriska storheter och samband i likströmskretsarB, C, D, E
Mätning i likströmskretsar med resistiv belastningA–E
Utförande och tolkning av mätningar med olika instrument och metoderA–G
Beräkningar på elektrisk serie- och parallellkopplingC, D, E
Elektriska material och komponenter (halvledare)F

Förberedelse i Kraftsmedjan

Eleven ska ha gjort följande moduler före labben:

  • Modul 2 – Elektriska storheter och samband, inklusive lektionen Ledare, halvledare och isolatorer
  • Modul 3 – Likström
  • Modul 6 – Mätning av elektriska storheter (lektion 1–8)
  • Modul 7 – Mätinstrument och mätmetoder (lektion 1–10)
  • Modul 11 – Serie- och parallellkopplingar (lektion 1–14)

Låt eleverna räkna ut de förväntade värdena i mätprotokollet innan de kommer till labbet.

Utrustning per labbplats

  • Labbaggregat 0–30 V DC med justerbar strömbegränsning (ställ den på 0,3 A)
  • Två digitala multimetrar (minst en med diodläge)
  • Kopplingsplatta eller labbplatta med säkerhetsladdar 4 mm
  • Resistorer 100 Ω, 220 Ω och 470 Ω, minst 2 W (100 Ω utvecklar 1,44 W vid 12 V)
  • Röd lysdiod (5 mm) och en likriktardiod, till exempel 1N4007
  • Strömbrytare eller tryckknapp, några byglar

Säkerhet

Genomförande

A. Resistans – spänningslöst

Mät de tre resistorerna i Ω-läget, var för sig och utan spänning. Jämför med det nominella värdet och toleransen. Mät sedan 220 Ω medan den sitter kvar parallellt med 470 Ω och förklara skillnaden.

B. Ohms lag

Koppla 220 Ω till aggregatet. Ställ in 2, 4, 6, 8, 10 och 12 V, mät spänning och ström för varje värde och rita ett U–I-diagram. Bestäm resistansen ur lutningen.

C. Seriekoppling och Kirchhoffs spänningslag

Koppla 100 Ω, 220 Ω och 470 Ω i serie på 12 V. Mät strömmen på två ställen i kretsen och spänningen över varje resistor. Kontrollera att delspänningarna summerar till källspänningen.

D. Parallellkoppling och Kirchhoffs strömlag

Koppla de tre resistorerna parallellt på 12 V. Mät totalströmmen och grenströmmarna. Kontrollera att grenströmmarna summerar till totalströmmen och räkna ut ersättningsresistansen.

E. Kombinationskoppling

Koppla 100 Ω i serie med 220 Ω ∥ 470 Ω på 12 V. Räkna ut ström och spänningar först, mät sedan.

F. Dioden och lysdioden

  • Mät likriktardioden i diodläget i båda riktningarna. Notera framspänningen och vad instrumentet visar i backriktningen.
  • Koppla lysdioden i serie med 470 Ω på 12 V. Mät spänningen över lysdioden och strömmen.
  • Vänd lysdioden. Mät spänningen över den igen och förklara.

G. Felsökning

Läraren lägger in ett fel i seriekretsen från moment C medan eleverna inte tittar (en lös bygel, en resistor med ett ben utanför kontakten eller fel resistorvärde). Eleverna hittar felet enbart med spänningsmätningar – utan att röra kopplingen – och förklarar hur de resonerade.

Mätprotokoll

A. Resistans

ResistorNominellt (Ω)ToleransUppmätt (Ω)Avvikelse (%)
R1100
R2220
R3470

B. Ohms lag, 220 Ω

Inställd U (V)Uppmätt U (V)Uppmätt I (mA)U/I (Ω)
2
4
6
8
10
12

C–E. Serie, parallell och kombination på 12 V

StorhetBeräknatUppmättKommentar
C: ström I
C: U över 100 Ω
C: U över 220 Ω
C: U över 470 Ω
D: totalström
D: I genom 100 / 220 / 470 Ω
E: ström I
E: U över 100 Ω
E: U över parallellgruppen

F. Dioder

MätningUppmättTolkning
1N4007 diodläge, framriktning
1N4007 diodläge, backriktning
Lysdiod + 470 Ω: U över lysdioden
Lysdiod + 470 Ω: ström
Lysdioden vänd: U över lysdioden

G. Felsökning

MätpunktUppmätt U (V)Slutsats

Förväntade värden (för läraren)

Beräknat med nominella värden och 12 V. Verkliga värden avviker med resistorernas tolerans, aggregatets inställning och instrumentets noggrannhet – och det är en bra diskussionsfråga.

MomentStorhetVärde
CErsättningsresistans790 Ω
CStröm15,2 mA
CU över 100 / 220 / 470 Ω1,52 V / 3,34 V / 7,14 V
DErsättningsresistans60,0 Ω
DTotalström200 mA
DI genom 100 / 220 / 470 Ω120 mA / 54,5 mA / 25,5 mA
DEffekt i 100 Ω1,44 W
EErsättningsresistans250 Ω (220 ∥ 470 = 150 Ω)
EStröm48,0 mA
EU över 100 Ω / parallellgruppen4,80 V / 7,20 V
EI genom 220 / 470 Ω32,7 mA / 15,3 mA
F1N4007 framriktning i diodlägetcirka 0,5–0,7 V
FLysdiod + 470 Ω (U_f ≈ 2,0 V)cirka 21 mA, U över lysdioden 1,8–2,1 V
FLysdioden vändcirka 12 V över lysdioden, ingen ström

Reflektionsfrågor

  1. Varför blev resistansen för 220 Ω fel när den satt kvar parallellt med 470 Ω?
  2. Varför är strömmen lika stor överallt i seriekretsen, men spänningen olika över resistorerna?
  3. Vilken resistor utvecklade mest effekt i parallellkopplingen, och varför?
  4. Varför ligger nästan hela spänningen över lysdioden när den är vänd?
  5. Hur hittade ni felet i moment G? Beskriv metoden så att någon annan kan använda den.

Bedömningsstöd

ECA
MätningMäter spänning, ström och resistans med rätt läge och ingång, säkert och med stödMäter säkert och självständigt, väljer mätpunkter och kontrollerar rimlighetenPlanerar mätningarna, förklarar avvikelser (tolerans, instrumentets inverkan) och felsöker systematiskt
BeräkningRäknar Ohms lag och enkel serie- och parallellkopplingRäknar kombinationskopplingen och jämför med mätningenFörklarar skillnader mellan beräknat och mätt kvantitativt och bedömer resultatets tillförlitlighet
KomponenterBeskriver översiktligt diodens funktionFörklarar framspänning och spärr och varför lysdioden behöver serieresistorFörklarar sambanden utförligt och nyanserat, med koppling till PN-övergången
Värdeorden följer ämnesplanens betygskriterier. Se bedömningsmatrisen för helheten.

Bedömningsmatrisen →

Lärarmaterial från Kraftsmedjan för Skolverkets ämne Ellära (ELLA, Gy25) nivå 1, 100 poäng. Materialet är ett stöd för undervisning och bedömning – betyget sätts alltid av en behörig lärare enligt huvudmannens rutiner. Får kopieras och anpassas för egen undervisning.